近日，我所固体核磁共振及催化化学创新特区研究组(05T5组)侯广进研究员团队与美国高场实验室甘哲宏博士等合作，在超高场(1.5GHz)固体核磁共振(NMR)技术应用于固体材料表面结构表征研究中取得新进展。
氧化铝是重要的催化剂和催化剂载体，其表面的五配位铝被称为“Super-five”。五配位铝在金属活性中心分散，γ-Al2O3烧结相变，以及醇脱水反应中都起到关键作用。由于γ-Al2O3结晶度低，其表面五配位铝仅占总铝含量的3%左右，因此难以实现表面五配位铝的结构表征。目前，所有关于五配位铝的结构特征都是基于理论计算推测得到的。
本工作中，得益于超高场条件下显著提高的27Al NMR灵敏度和分辨率，研究团队通过高场多核、多维固体核磁共振技术，直接实验观测到了五配位铝相关空间结构信息，首次揭示了γ-Al2O3表面的五配位铝以聚集态形式存在，并且在水的作用下易于发生结构重构。
研究团队制备了富含五配位铝的无定形氧化铝纳米片(Al2O3-NS)与γ-Al2O3进行对比研究，借助超高场27Al MAS NMR对Al2O3-NS和γ-Al2O3的铝物种分别进行定量分析。通过超高场的27Al-27Al DQ双量子相关实验，以及高场多核、多维固体核磁共振技术发现，γ-Al2O3表面与Al2O3-NS的不同配位铝物种的Al(n)-O-Al(n)链接方式相同，且表面羟基分布及铝与羟基的链接方式也十分相似，进而表明 γ-Al2O3表面存在一层富含五配位铝的无定形结构。本工作有助于进一步深入理解γ-Al2O3在金属分散、催化剂烧结等应用方面的“构—效”关系。
相关研究成果以“Nature of Five-coordinated Al in γ-Al2O3 Revealed by Ultra-high Field Solid-state NMR”为题，于近日发表在ACS Central Science上，并被选为内封面论文。该工作的第一作者是我所05T5组赵侦超副研究员。上述工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、辽宁省“兴辽英才计划”、大连市青年科技之星等项目的资助。
